一种连续式球磨工艺的应用

    刘建新 叶祥 余东海 陈鹏程 吴艳玲 姚云辉

    

    

    

    摘 要：在建筑陶瓷浆料制备工艺装备上，传统间歇式球磨机不论是在生产效率还是节能降耗方面均具有较大的提升空间。本文介绍了一种连续式球磨机的结构、工艺特点以及实际应用情况，对建筑陶瓷同行进行节能降耗工作的进一步升级具有较大的现实参考意义。

    关键词：建筑陶瓷;浆料;连续球磨机

    1 前 言

    改革开放以来，建陶行业经过40年的高速发展，特别是建陶装备的进步，推动了行业的巨大进步，而浆料的制备属于陶瓷生产的关键工序，已经历了多次重大技术革新，起到了较大的节能降耗作用，极大的提升了劳动生产率。

    目前多数陶瓷厂的浆料加工设备仍以40 t间歇式球磨机为主，随着社会和企业自身对节能降耗的要求越来越高，如何进一步提升球磨效率，也是众多厂家技术攻关的重要方向。

    传统间歇式球磨机是将原料、水、助磨剂、球石等放入球磨机内，球磨机运转一定时间，待浆料细度达到一定标准后，放出浆料再进行第二次装料球磨。这种加工方式有以下不足之处：

    （1）石粉类硬质料与泥类软质料同时配料入球，由于泥的水分波动较大，容易造成配料误差，影响配方化学成分。

    （2）石粉类硬质原料，因颗粒较粗（一般为5 ～ 20 mm），会严重影响球磨效率和生产周期。

    （3）间歇式球磨机，每次加工需停球、装料和放浆，需占用较多时间，因此有效球磨时间利用率并不高。

    （4）当前各地区普遍实行分时段差异化电价，高峰电价是低谷电价的2 ～ 3倍，间歇式球磨机的产能利用和错峰用电往往难以有效配合，用电成本也较高。

    （5）间歇式球磨机的每一球料都是一个独立的配方，配料精度是由人工控制，往往需要熟练工操作，而且配料误差较大，容易影响配方化学成分。

    为此，我们结合陶瓷浆料生产工艺特点，采用连续式球磨机制备陶瓷浆料，以达到提高生产效率，节能降耗的目的。

    2 连续式球磨机结构

    2.1 连续式球磨机的结构原理

    如图1所示，连续式球磨机配置为2段式独立结构。第一段球磨机和第二段球磨机是两个完全独立传动的球磨机，每一段球磨机的内部空间又被分隔为两个相对独立的球磨空间。第一段球磨机被分为A、B两个空间，内部由分离隔栅（aa'）分隔开，第二段球磨机被分为C、D两个空间，也由分离隔栅（bb'）隔开。

    四个相对独立的球磨空间，根据对浆料细度的要求配置不同比例和不同直径的球石，以达到最佳的球磨效果。以A空间为例，A区为所有原料的入口，原料的粒径较大，需采用直径稍大的球石，对原料粗颗粒起到撞击破碎的作用，而浆料由A区向D区运动过程中，浆料细度越来越细，每个区的球石也应越来越小，对浆料颗粒的机械力也由撞击渐变为研磨。球石在相等质量的情况下，小直径的球石总的表面积更大，与浆料颗粒的接触面积更大，球磨效果也更好。各区间球石配比如表1所示。

    2.2 隔栅的原理和作用

    隔栅是一种有孔隙的复合材料制成的球磨机分隔板，其主要作用是：（1）将不同直径的球石进行分隔，以达到各区最佳球磨效率;（2）把浆料按粒径进行分隔，粒度合格的浆料才会进入下一区间，确保各区间浆料细度达到工艺要求。

    2.3 二段连续球磨的优点

    浆料经过第一段球磨后，放入1号地池，除了有均化浆料目的外，还可对1号地池的浆料进行实时检测，再根据1号地池的浆料细度调整第二段球磨机的浆料加工时间，确保最终的浆料细度合格。根据生产实际测试，第一段球磨加工时间为60 min时，1号地池250目筛余为6 ～ 8%，第二段球磨加工时间为50 min时，250目筛余为1.2 ～ 1.5%。

    3 连续式球磨工艺

    3.1 相关配料工艺要求

    连续式球磨的工艺流程图如图2所示。

    （1）石粉类硬质原料要进行前期预处理，石粉类硬质原料进厂时直径一般为5 ～ 20 mm，不能直接进入连续式球磨机，否则易产生积砂，影响球磨效率，也会造成浆料化学成分波动。经实验，可将石粉类硬质料处理为6目（0.4 mm）以下，再与其它砂泥类的原料同时入球，其球磨效率才最高，化学成分也与理论的原始配方成分接近。以某配方为例，连续式球磨机与间歇式球磨机产出的浆料化学成分（以10次取样检测结果的平均值数据为例）对比如表2所示。

    以某项实际配方的浆料为例，连续式球磨机与间歇式球磨机产出的浆料性能对比（以10次取样检测结果的平均值数据为例）如表3所示。

    （2）泥类原料应采用化浆方式，以液体泥浆的方式配料。其目的是：1）除去泥中的木渣等有害杂质;2）化浆后可以精确的检测出水份，确保配方化学成分的稳定。

    （3）一般采用液体稀释剂，因为球磨时间较短，液体稀释剂能迅速地与原料颗粒接触，起到充分润湿作用，提高球磨效率。

    3.2 自动配料与智能检测

    传统的间歇式球磨机，每一球料是一个独立的配方，须按配方比例入球，配料精度是由人工控制，往往时间长，操作复杂，而且配料精度差。连续式球磨系统采用智能化配料，每种原料都有独立的料斗，铲车只需将相应的原料铲入对应的料斗，这大大减少了铲车配料的劳动强度，节约了配料时间。每种原料斗下方都有传感器，根据配方的设计要求，通过速度调节控制下料量进入连续式球磨机。为保障配料的准确性，电脑会自动以5 s为一个周期，自动检测当前配料误差，并根据误差值在下一个周期对数据进行修正，并科学增减，确保配料精确。

    4 节能降耗成效

    通过表4参数对比，可得出结论：（1）连续式球磨机每产出万吨浆料理论上可直接节省用电量约60%。但考虑到石粉类硬质原料前期破碎和泥料化浆的工序及用电成本，实际综合可节约电能约25%;（2）由于连续式球磨机的连续运行特点，且出浆量大，可很容易地实現错峰用电，尽量采用低谷电运行，因此综合经济效益会更加明显;（3）连续式球磨机配置的智能配料程序，加料简单，大大减少了人工干预对配料精度的影响，极大地提高了劳动生产率。在建筑陶瓷浆料制备工艺中具有较高的推广价值。